Sciences en cuisine #4

Sciences en cuisine #4

Et voici donc une nouvelle photo mystère …

D’après-vous, de quoi s’agit-il ?

A – Du « Yukunkun II », plus gros diamant multiple du monde, trouvé dans une mine d’Afrique du Sud
B – D’un cristal de sucre
C – De cristaux de quartz des Alpes
D – De sel aggloméré

Nul besoin de descendre dans une mine de diamant pour trouver une telle merveille, puisqu’il s’agissait simplement d’un cristal de sucre, obtenu à la maison. Mais comment le sucre peut-il prendre de telles formes ? Il s’agit surtout d’être patient … En voici la recette à réaliser absolument avec un adulte (car il faudra faire bouillir un mélange eau + sucre), en vidéo sur la chaîne de nos amis québecois des Débrouillards :

https://www.youtube.com/watch?v=7Zb05YYUAHE

  Explications : Chacun a déjà fait l’expérience de dissoudre du sucre dans un verre d’eau froide. Le sucre n’est plus visible, mais il est bien contenu dans l’eau (on dit qu’il y a dissous), sous la forme de toutes petites « briques » appelées « molécules ». On a d’ailleurs la preuve que le sucre n’a pas disparu en goûtant l’eau… qui est bien sucrée. Cependant, si l’on continue de rajouter du sucre dans l’eau, il va finir par ne plus se dissoudre : on aura atteint la limite de ce que l’eau peut contenir en sucre (on dit qu’on est arrivé à saturation) et les nouveaux grains de sucre tomberont au fond du récipient sans se dissoudre. Dans ce cas, une astuce pour rajouter encore du sucre est de chauffer l’eau : elle pourra alors contenir davantage de sucre dissous, et c’est ce que fait Yannick Bergeron dans la vidéo. Mais que se passera-t-il quand cette eau très sucrée va refroidir ? On va obtenir un liquide « sur-saturé » : en le laissant refroidir et en y faisant tremper des cristaux de sucre (ceux déposés sur le bâtonnet), tout le sucre que l’on avait rajouté en chauffant va aller se déposer sur ces cristaux et les faire croître. Il faudra simplement être patient et ne pas remuer le liquide afin d’avoir des cristaux bien formés.

Grâce à cette expérience, vous avez mis en évidence la structure microscopique de la matière… mais commençons par un peu d’histoire :

L’abbé Haüy et les cristaux :

L’abbé Haüy (1743 – 1822), était un amateur de sciences naturelles et s’intéressait de près à la minéralogie. Ayant un jour laissé tomber à terre un cristal de calcite (du Spath d’Islande), il remarqua avec surprise que les morceaux (quelle que soit leur taille) conservaient une forme régulière et constante; guidé par cette observation, il créa une science nouvelle, la cristallographie. Ses premiers mémoires sur cette découverte datent de 1781.

La calcite est un minéral, un carbonate de calcium de formule chimique CaCO3 (un atome de Calcium, un atome de Carbone et trois d’Oxygène).

Lorsqu’un cristal de calcite se forme, les atomes s’organisent selon un motif bien précis, nommé « maille primitive »; la maille primitive de la calcite est un rhomboèdre aigu. Plusieurs mailles de calcite vont s’assembler elles-mêmes les unes aux autres selon ce motif rhomboédrique, jusqu’à former un cristal dont la forme elle-même sera rhomboédrique. L’abbé Haüy a mis en évidence cette structure puisqu’en cassant le cristal de calcite il observait la même forme à des échelles plus petites.

Un petit grain de sel

Si l’on observe du gros sel de cuisine à la loupe ou au microscope, la forme du cristal sera parfois difficile à mettre en évidence : le cristal a pu être émoussé dans le paquet de sel. Cependant on pourra parfois trouver des cristaux à la forme plutôt cubique. Pour s’en assurer, on pourra dissoudre du sel dans de l’eau puis, par évaporation, voir se former des cristaux de sel : leur forme cubique ne fera plus aucun doute ! On en déduira que la maille primitive du cristal de sel est cubique. Et effectivement, le sel de cuisine (de formule NaCl) est composé d’atomes de Sodium (Na) et de Chlore (Cl) qui s’assemblent selon un motif cubique.

De petits cristaux de sel observés au microscope

Si l’on observe d’autres cristaux (sucre, acide citrique, bicarbonate de sodium, …) on observera que les cristaux peuvent avoir des formes différentes. Ces formes sont le reflet de la structure du cristal à l’échelle atomique.

Il existe sept systèmes cristallins de base, représentés par ces différents prismes :

Pour revenir à notre sucre, dont le nom chimique est le saccharose (formule C12H22O11), il a une structure monoclinique et il « grandira » toujours de cette façon (impossible d’avoir par exemple un cristal de sucre hexagonal).